作者：Akanksha Urade，IIT鲁尔基和石墨烯博士学者，2D材料科学作家
自工业革命以来，由于污染物直接释放到河流和溪流中，水污染变得更加严重。目前，饮用水正成为一种稀缺资源。最重要的是，气候变化给世界大部分地区带来了干旱。使水资源短缺问题雪上加霜的是不断增长的需求。预计到2040年，全球用水量将增加20%-30%。本文旨在阐明原始石墨烯薄片是否可用于解决至关重要的缺水问题。
氧化石墨烯如何净化水？
氧化石墨烯（GO）作为吸附过滤器的候选材料已经受到相当大的关注，因为它的性质和亲水性与活性炭或碳纳米管等材料相比。GO 及其模拟复合材料包含官能团，如 -COOH、-C、-O 和 -OH。这些官能团作为吸附油/水分离的锚定位点是旨在净化工业含油废水的重要领域。
根据最近的一项发现，低于一微米横向尺寸的原始石墨烯薄片表现得像表面活性剂在其边缘吸引水，但在其表面上排斥它。当原始石墨烯用于过滤工业含油水时，它会迁移到油/水界面，在那里它吸附在水滴周围的油上并破坏它们。然后，水滴聚集起来产生足够大的水滴，以重力从油中分离，这意味着它们有可能从工业油水中吸收油/有机分子。
为了给你一些研究例子，国立清华大学的科学家报告说，通过直接剥离石墨合成海绵状的原始石墨烯，具有超疏水性和超亲油性。由于这种独特的性质，海绵表现出极高的吸附能力（高达其自身重量的165倍），并且对于从水中去除有毒有机溶剂非常有用。
在另一项研究中，康涅狄格大学的研究人员报告说，使用去角质的原始石墨烯作为水中有机染料的优良吸附剂。与基于GO的吸附材料相比，他们的技术提供了一种连续的水净化方法，而不是间歇方法。
此外，研究石墨烯材料的毒性以避免任何潜在的危险并发症至关重要。如上所述，石墨烯的毒性主要是由于可能存在的几种类型的杂质。由于GO和r-GO的合成涉及使用有毒的还原/氧化化学品，这些化学品难以纯化，因此含有许多杂质。相反，原始石墨烯的合成不需要使用任何有毒试剂，使其成为水过滤的更环保的替代品。
未来方向
由于原始石墨烯由于缺乏含氧基团而具有天然疏水性，因此它在水净化中具有一些有限的用途。因此，未来的研究应该集中在通过在表面上掺入一些官能团来对原始石墨烯进行非共价修饰，这大大提高了其分散性和催化活性，同时又不干扰其固有的电子和机械性能。
如果技术和经济挑战得到解决，原始石墨烯片将成为水和废水处理领域的后起之秀。Avadain正在努力将原始石墨烯片商业化，这些石墨烯片不需要对石墨进行任何事先处理，从而为世界水问题提供了一种更实用且对环境更有益的解决方案。
引用
Varghese, Deepthi, et al. “Self-Assembled Graphene Composites for Flow-Through Filtration.” ACS applied materials & interfaces 12.26 (2020): 29692-29699.
Nguyen, Duc Dung, et al. “Superhydrophobic and superoleophilic properties of graphene-based sponges fabricated using a facile dip coating method.” Energy & environmental science 5.7 (2012): 7908-7912.
Malhotra, R., et al. Cytotoxicity survey of commercial graphene materials from worldwide. npj 2D Mater Appl 6, 65 (2022).
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